JP3756370B2

JP3756370B2 - パージ空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ

Info

Publication number: JP3756370B2
Application number: JP2000046449A
Authority: JP
Inventors: 須一文那
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001232137A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜を使用した膜式エアドライヤに関するものであり、更に具体的には、出口空気流量に応じてパージ空気流量を自動調整する機能を備えた膜式エアドライヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本体ケース内に多数の中空糸膜を束ねて収容し、これらの中空糸膜に高湿の空気を供給してその除湿を行うと共に、除湿した空気の一部を、分離した水分を排出するパージ空気として中空糸膜の間に流すようにした膜式エアドライヤでは、その除湿の原理上、乾燥空気の一部をパージ空気として大気に放出することになる。通常、このパージ空気は、本体ケースの出口側に内蔵している固定オリフィスを介して中空糸膜間に導出しているため、圧力に対応して一定であり、それを出口の空気流量に対応させて所定の露点性能が得られるようにしている。
【０００３】
しかしながら、用途によっては出口の空気流量を複数段に変更したいという要求があり、その場合に、上述の固定オリフィスを持つものでは、例えば出口空気を全く流していない場合でも、圧力がかかっていれば常時ほぼ一定流量のパージ空気を排出することになる。そのため、少なくとも出口空気の流量に変動がある場合にはパージ空気の一部が無駄になる。
【０００４】
これを更に具体的に説明すると、膜式エアドライヤは、性能的には、出口空気流量が少なければパージ空気流量を少なくしても所定の露点性能を得ることができ、そのため、出口空気流量が一定でなく、例えば入口空気圧力が０．７ＭＰａで、フル稼働時における最大出口空気流量１０００Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）に対して、パージ空気流量として１９０Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）が必要とされる場合に、部分稼働時における最小出口空気流量３００Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）に対しては、パージ空気量として５０Ｌ／ｍｉｎ（ＡＮＲ）程度を流せばよい。そのため、出口空気流量に応じてパージ空気流量を複数段に切換えできるようにすることが望まれる。
【０００５】
このような問題に対処し、出口側に設けた複数の固定オリフィス（穴）を手動の回転式コックで選択することによりパージ空気流量を可変にしたものが、特開平６−２３８１１９号公報に開示されているが、手動操作で流量を設定するものであるため、出口の空気流量を監視してその設定を行う必要があり、パージ空気の無駄をなくすことができても、操作に手数がかかるため、自動的に調整可能にすることが望まれる。
【０００６】
また、このパージ空気流量を自動的に可変にしたものも、特開平９−５７０４３号公報や特開平１１−３３３３８号公報によって提案されている。これらは、乾燥空気の流量に応じて変位する受圧板を用い、乾燥空気の流量に応じて変化する中空糸膜での圧力降下の変化を利用して、空気流量を調整可能にしたものである。しかしながら、中空糸膜での圧力降下は小さく、また中空糸膜内径のばらつきによっても圧力降下が変化するので、乾燥空気の流量変化を受圧板変位量にそのまま変換して利用すると、動作が非常に不安定になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、膜式エアドライヤのパージ空気流量を、出口空気流量に応じて自動的且つ安定的に変化させるようにし、不必要にパージ空気を消費しないようにした膜式エアドライヤを提供することにある。
本発明のさらに具体的な技術的課題は、フロースイッチなどのセンサを用いることなく、異なる出口空気流量時における除湿空気の圧力降下の差異を利用し、簡単な手段でその圧力降下を増幅させたうえで、確実な作動で除湿空気流量に応じたパージ空気流量が得られるようにした膜式エアドライヤを提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、異なる出口空気流量時における圧力降下の違いによってオン−オフするプロセスバルブを用い、それにより、第２のパージ空気流路の流れをオン−オフ制御して、所要のパージ空気流量を得るようにした膜式エアドライヤを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の膜式エアドライヤは、本体ケース内に多数の中空糸膜を束ねて収容し、これらの中空糸膜に高圧の空気を供給してその除湿を行うと共に、上記除湿した空気の一部を、中空糸膜で分離した水分を排出するためのパージ空気として中空糸膜の低圧側に流す膜式エアドライヤにおいて、上記除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る第１のパージ空気流路に第１のオリフィスを設けると共に、除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る第２のパージ空気流路に、除湿した空気の流路に設けた圧力降下増幅用絞りの下流側と中空糸膜へ空気を供給する高圧側との間の差圧に基づいて動作するプロセスバルブ及び第２のオリフィスを設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
上記膜式エアドライヤにおいては、第１のオリフィスを、最少の除湿空気流量に対応する流量のパージ空気を第１のパージ空気流路に流すものとし、第２のオリフィスを、前記第１のオリフィスを通して流すパージ空気との合流により、最多の除湿空気流量に対応するパージ空気の流量が得られるものとするのが一般的であるが、諸条件に応じてパージ空気流量を増減することができる。
また、本発明に係る上記膜式エアドライヤは、本体ケースに第１及び第２のオリフィスを組込み、圧力降下増幅用絞り及びプロセスバルブを本体ケースとは別体に形成したものとし、或いは、本体ケースに、第１及び第２のオリフィス、圧力降下増幅用絞り並びにプロセスバルブを組込んだものとすることができる。
【００１０】
上記構成を有する膜式エアドライヤにおいては、本体ケースの入口から供給された高湿の空気が多数の中空糸膜内を流れ、そこを流れる間に水分が膜を通して外側の低圧側に浸透分離され、その水分が中空糸膜間を流れるパージ空気によって外部に搬出される。一方、除湿された圧縮空気は本体ケースの出口から所要の流体機器に供給される。
この場合に、上記パージ空気は、本体ケースの出口の除湿空気流量に変動があったとき、その空気流量に応じて、少なくとも所定の露点性能を得ることができる流量に自動調整され、不必要にパージ空気が消費されることはない。
【００１１】
即ち、上記本体ケースの出口の除湿空気は、その一部がパージ空気として、該出口から直接的に第１のパージ空気流路における第１のオリフィスを通して中空糸膜の周囲の低圧側に流れるが、この第１のオリフィスは、最少の除湿空気流量に対応する流量のパージ空気を流すように設定されたものである。そして、除湿空気流量が少ない場合には、この第１パージ空気流路を通じて送られる除湿空気のみにより、中空糸膜の低圧側水分のパージが行われる。
【００１２】
一方、第２のパージ空気流路における第２のオリフィスは、それを通じてパージ空気が流れたときに、第１のオリフィスを通して常に流されるパージ空気との合流により、本体ケースの除湿空気流量が最多になった場合に対応するパージ空気流量が得られるように設定されたものであり、この第２のパージ空気流路は、本体ケースの出口に設けた除湿空気流量に応じて自動的に開閉するプロセスバルブによって通断される。
【００１３】
上記プロセスバルブは、中空糸膜における圧力降下を利用して動作させるものであるが、その圧力降下は一般的に比較的小さくて不安定なものであるため、本体ケースの出口側における除湿した空気の流路に圧力降下増幅用絞りを設け、この圧力降下増幅用絞りの下流側と中空糸膜へ空気を供給する高圧側との間の差圧に基づいて、プロセスバルブを安定的に動作させる。
従って、上記プロセスバルブの確実で安定的な動作に基づき、第２のパージ空気流路における第２のオリフィスを通して、本体ケースの出口における除湿空気の流路に応じたパージ空気を中空糸膜の低圧側に送ることが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るパージ空気流量を自動調整可能にした膜式エアドライヤの全体的な構成（回路構成）を概念的に示している。
この膜式エアドライヤは、本体ケース２内に多数の中空糸膜３（図２及び図３参照）を束ねて収容したドライヤ本体部１を備え、その中空糸膜３内に本体ケース２の圧縮空気入口４から高圧で高湿の空気（圧力Ｐ_Ａ、流量Ｑ_１）を供給し、多数の中空糸膜３内を流れる間に膜を通して水分を外側の低圧側に浸透分離してその除湿を行い、除湿した空気（圧力Ｐ_Ｂ、流量Ｑ_０）をドライヤ本体部１の出口５を通して所要の流体機器に供給するように接続されるものである。
【００１５】
また、上記高湿空気の除湿を行うに際し、中空糸膜３によって分離された水分を外部に排出するため、除湿された空気の一部を、出口５の除湿空気流量に応じた流量で、中空糸膜３の周囲（低圧側）にパージ空気として流すように構成している。その構成の概要は、上記出口５における除湿した空気の一部を中空糸膜３の周囲（低圧側）に送る第１のパージ空気流路１０に、第１のオリフィス１１を設けると共に、除湿した空気の一部を上記出口５から中空糸膜３側に送る第２のパージ空気流路２０の導入部２０ａに、エアオペレート型のプロセスバルブ２１を、更に、該バルブ２１から中空糸膜３に至る第２のパージ空気流路２０の連通部２０ｂに、第２のオリフィス２２を設けたものであり、上記プロセスバルブ２１は、除湿した空気の流路に設けた圧力降下増幅用絞り２３の下流側から連通路２５を通して導入される圧力Ｐ_Bと、中空糸膜３へ空気を供給する入口４の高圧側から連通路２４を通して導入される圧力Ｐ_Aとの間の差圧に基づいて、動作させるようにしたものである。
【００１６】
即ち、本体ケース２における入口４の空気流量がＱ₁ 、出口空気流量がＱ₀ であって、その出口空気流量Ｑ₀ が最少である場合には、第１のオリフィス１１を通過するパージ空気（流量Ｑ₂）のみが中空糸膜３の水分のパージに供され、空気流量の関係は、Ｑ₁ ＝Ｑ₀ ＋Ｑ₂（Ｑ₄＝Ｑ₂）となる。
一方、出口空気流量Ｑ₀ が最多の場合には、プロセスバルブ２１が開くため、第１のオリフィス１１を通過するパージ空気（流量Ｑ₂）及び第２のオリフィス２２を通過するパージ空気（流量Ｑ₃）が中空糸膜３の水分のパージに供され、空気流量の関係は、Ｑ₁ ＝Ｑ₀ ＋Ｑ₂＋Ｑ₃（Ｑ₄＝Ｑ₂＋Ｑ₃）となる。
【００１７】
上記プロセスバルブ２１の動作は、本体ケース２の入口４における高圧空気の圧力Ｐ_A が一定であるとした場合、出口空気流量の最多及び最少の場合における圧力降下の違いがわずかであるため、前記圧力降下増幅用絞り２３を設けることにより圧力降下の違いを増幅させるが、それによりプロセスバルブ２１に導入される入口空気圧力Ｐ_Aと出口空気圧力Ｐ_B の差が増幅されるので、該バルブ２１のオン−オフが安定的に切換えられ、それが開位置にあるときに前記パージ空気流量Ｑ₃が流される。
なお、図１において、符号６は圧力空気源、７は圧力降下増幅用絞り２３による圧力降下を補償する圧力調整弁である。
【００１８】
図２ないし図４は、上記図１の構成を、本体ケース２に上記第１及び第２のオリフィス１１，２２を組込み、圧力降下増幅用絞り２３及びプロセスバルブ２１を本体ケース２とは別体に形成して本体ケース上に搭載した第１実施例の具体的構成を示し、また、図５及び図６は、本体ケース２に、第１及び第２のオリフィス１１，２２、圧力降下増幅用絞り２３並びにプロセスバルブ２１を組込んだ第２実施例の具体的構成を示している。以下にこれらの実施例の構成及び作用について説明する。
【００１９】
図２ないし図４に示す第１実施例において、本体ケース２は、除湿すべき高圧空気の入口４及び除湿した空気の出口５を設けたキャップ３１と、それに一体的に連結した筒状ケース３２とを備え、上記入口４は、キャップ３１内の中央の嵌着壁３３内の空間に連通させ、上記出口５は嵌着壁３３の外側の空間に連通させている。そして、上記本体ケース２内には、高分子浸透膜からなる多数本の中空糸膜３を筒状に束ねて収容し、これらの中空糸膜３の両端においては、束ねた中空糸膜３の相互間をシール部材３５，３６の充填によって気密に固結し、中空糸膜３の束及び上記シール部材３５，３６の中心部分に遮蔽円筒３７を挿入すると共に、周囲にも導気円筒３８を嵌着し、それらの遮蔽円筒３７及び導気円筒３８の両端をシール部材３５，３６に気密に取付けている。
【００２０】
上記中空糸膜３は、遮蔽円筒３７の上部シール部材３５側端を上記嵌着壁３３に気密に外嵌させると共に、導気円筒３８をキャップ３１内に気密に嵌入し、また、導気円筒３８の下部シール部材３６側端を筒状ケース３２の内周に気密に嵌着することによって、本体ケース２内に固定したもので、筒状ケース３２の下端は、シール部材３６との間に空間３９を介在させて、端蓋４０により閉鎖している。
従って、キャップ３１の空気入口４を通して供給される多湿の空気は、上記遮蔽円筒３７内を通して中空糸膜３の他端の空間３９に導びかれ、そこから中空糸膜３内を通して嵌着壁３３の周囲に至り、その間に水分を浸透分離させて除湿され、出口５から所要の流体機器に送られる。
【００２１】
一方、上記キャップ３１には、導気円筒３８の外側に開口するパージ空気の流通路４５を設けている。また、上記導気円筒３８と筒状ケース３２との間の中間部分には、両者間の空間を遮断するシール部材４６を介装すると共に、導気円筒３８における該シール部材４６の流通路４５側とその反対側に、それぞれ複数の通気孔３８ａ，３８ｂを開設し、更に、筒状ケース３２の下部にも外部に通じる通気孔３２ａを開設している。
従って、キャップ３１の流通路４５から筒状ケース３２と導気円筒３８との間に流入したパージ空気は、導気円筒３８の通気孔３８ａから、該導気円筒３８と遮蔽円筒３７との間における中空糸膜３間に流入し、浸透分離された水分を保持して導気円筒３８の通気孔３８ｂから筒状ケース３２内に流入し、該筒状ケース３２の通気孔３２ａから外部に排出される。
【００２２】
本体ケース２の一部を構成する上記キャップ３１には、第１のオリフィス１１及び第２のオリフィス２２を組み込んだオリフィス組立体４７を装着している。上記第１のオリフィス１１は、嵌着壁３３の外側の空間から流通路４５を経て中空糸膜３の周囲に至る第１のパージ空気流路１０に配設され、上記第２のオリフィス２２は、プロセスバルブ２１の出力口から流通路４５に至るパージ空気通路２０の連通部２０ｂに配設されるものである。また、嵌着壁３３の外側の空間を出口５に連通させる流路に圧力降下増幅用絞り２３を設けている。
【００２３】
プロセスバルブ２１は、そのバルブボディ内にバネ５１で閉弁方向に付勢されたピストン５２と軸により一体化されている弁体５０を備え、ピストン５２におけるバネ５１を収容した側の圧力室に連通路２５を通して出口５側の除湿空気圧力Ｐ_Bを、ピストン５２の反対側の圧力室に連通路２４を通して入口４側の空気圧力Ｐ_Aを導入するように配管している。また、弁体５０によって開閉される弁座５４を備えた弁室の入力口にはパージ空気流路２０の導入部２０ａを、同出力口には前記オリフィス組立体４７に通じるパージ空気流路２０の連通部２０ｂを連結している。
【００２４】
従って、上記プロセスバルブ２１は、圧力降下増幅用絞り２３の下流側から連通路２５を通して導入される圧力Ｐ_Ｂとバネ５１の付勢力が、入口４側から連通路２４を通して導入される圧力Ｐ_Ａによる付勢力よりも小さくなったときに開弁し、第２のオリフィス２２を通してパージ空気が流通路４５に導入される。
具体的には、出口空気流量が最少の場合、中空糸膜３及び圧力降下増幅用絞り２３による圧力降下が小さくなり、圧力Ｐ_Ｂが大きな値になるので、その圧力とバネ５１の付勢力で弁体５０が閉じ、逆に、出口空気流量が最多の場合には、上記圧力降下が大きくなるために圧力Ｐ_Ｂは小さな値になり、圧力Ｐ_Ａによる付勢力で弁体５０が開くことになる。
【００２５】
このようにして、本体ケース２の出口５側の除湿空気の一部で、該出口５における最少の除湿空気流量に対応する流量のパージ空気が第１のオリフィス１１を通して中空糸膜３の周囲の低圧側に流れ、そして上記除湿空気流量が少ない場合には、この第１パージ空気流路１０を通じて送られる除湿空気のみにより、中空糸膜の低圧側水分のパージが行われる。
一方、第２のオリフィス２２は、プロセスバルブ２１を通じてパージ空気が流れたときに、第１のオリフィス１１を通して常に流される上記パージ空気との合流により、除湿空気流量が最多になった場合に対応するパージ空気流量を流すものであり、この第２のオリフィス２２を通じて流れるパージ空気は、上記プロセスバルブ２１により本体ケースの出口５の除湿空気流量によって自動的に制御される。
【００２６】
上記第１実施例では、プロセスバルブ２１を本体ケース２のキャップ３１上に搭載し、プロセスバルブ２１と本体ケース２との間を必要な配管によって接続しているが、図５及び図６に示す第２実施例では、本体ケース２内に、第１及び第２のオリフィス１１，２２、圧力降下増幅用絞り２３並びにプロセスバルブ２１を組込んでいる。従って、プロセスバルブ２１と各部とを配管によって接続する必要はなく、本体ケース２内にその配管に対応する通孔を穿設し、また、その通行を設ける関係で第２のオリフィス２２をプロセスバルブ２１の出力口に設けているが、その他の構成及び作用は、上記第１実施例の場合と実質的に変わるところがない。
従って、図中の第１実施例と同一または相当部分に同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の膜式エアドライヤによれば、パージ空気流量を、出口空気流量に応じて自動的且つ安定的に変化させるようにし、不必要なパージ空気の消費を抑制することができ、特に、フロースイッチなどのセンサを用いることなく、異なる出口空気流量時における除湿空気の圧力降下の差異を利用し、簡単な手段でその圧力降下を増幅させて、確実な作動で除湿空気流量に応じたパージ空気流量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るパージ空気流量を自動調整可能にした膜式エアドライヤの全体的な構成（回路構成）を概念的に示している。
【図２】図１の構成を具体化した第１実施例の断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ位置での部分拡大断面図である。
【図４】第１実施例の平面図である。
【図５】図１の構成を具体化した第２実施例の断面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ位置での部分拡大断面図である。
【符号の説明】
２本体ケース
３中空糸膜
１０第１のパージ空気流路
１１第１のオリフィス
２０第２のパージ空気流路
２３圧力降下増幅用絞り
２１プロセスバルブ
２２第２のオリフィス

Claims

本体ケース内に多数の中空糸膜を束ねて収容し、これらの中空糸膜に高圧の空気を供給してその除湿を行うと共に、除湿した空気の一部を、中空糸膜で分離した水分を排出するためのパージ空気として中空糸膜の低圧側に流す膜式エアドライヤにおいて、
上記除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る第１のパージ空気流路に第１のオリフィスを設けると共に、
上記除湿した空気の一部を中空糸膜の低圧側に送る第２のパージ空気流路に、除湿した空気の流路に設けた圧力降下増幅用絞りの下流側と中空糸膜へ空気を供給する高圧側との間の差圧に基づいて動作するプロセスバルブ及び第２のオリフィスを設けた、
ことを特徴とするパージ空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ。
第１のオリフィスを、最少の除湿空気流量に対応する流量のパージ空気を第１のパージ空気流路に流すものとし、
第２のオリフィスを、前記第１のオリフィスを通して流すパージ空気との合流により、最多の除湿空気流量に対応するパージ空気の流量が得られるものとした、
ことを特徴とする請求項１に記載のパージ空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ。
本体ケースに第１及び第２のオリフィスを組込み、圧力降下増幅用絞り及びプロセスバルブを本体ケースとは別体に形成した、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のパージ空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ。
本体ケースに、第１及び第２のオリフィス、圧力降下増幅用絞り並びにプロセスバルブを組込んだ、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のパージ空気流量を自動調整する膜式エアドライヤ。